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电磁流量计

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一种电磁流量计抗强干扰的实现方法

来源:重庆川仪自动化股份有限公司作者:石磊,王刚,王波,周兵,慕长利发表时间:2017-08-22 09:26:41

     【摘要】本发明提供的一种电磁流量计抗强干扰的实现方法,所述电磁流量计至少包括:电源、外部存储器和传感器,所述电源为两个,通过切换电源使励磁电路的信号达到稳定状态,所述外部数据存储器采用铁电存储器,对传感器信号进行数字滤波处理抑制干扰信号,并提高励磁频率以提高信噪比;本发明使电磁流量计提高了运行效率,降低电源噪声对信号电路部分的干扰强度,提高了原始信号的信噪比,提高了采样频率,增强信号的分辨能力,还保证了高频励磁的零点稳定性。

 
        1.一种电磁流量计抗强干扰的实现方法,其特征在于:所述电磁流量计至少包括:电源、外部存储器和传感器,
        所述电源为两个,通过切换电源使励磁电路的信号达到稳定状态,
        所述外部数据存储器采用铁电存储器,
        对传感器信号进行数字滤波处理抑制干扰信号,并提高励磁频率以提高信噪比。
电磁流量计干扰前的电路图
 
        2.根据权利要求1所述的电磁流量计抗强干扰的实现方法,其特征在于:使用线性稳压器作为恒流源并在电源上增加过压、欠压保护电路以减小转换器在通电和断电时电源对转换器的冲击。
        3.根据权利要求2所述的电磁流量计抗强干扰的实现方法,其特征在于:所述的滤波处理包括:梳状带通滤波处理和灰度滤波处理。
        4.根据权利要求3所述的电磁流量计抗强干扰的实现方法,其特征在于:采用多层PCB板结构,增加各个功能模块之间的间距以提高各功能模块之间的抗干扰能力。
        5.根据权利要求4所述的电磁流量计抗强干扰的实现方法,其特征在于:利用励磁线圈驱动电路提高励磁频率。
        6.根据权利要求5所述的电磁流量计抗强干扰的实现方法,其特征在于:所述励磁线圈驱动电路包括:H桥及其开关驱动电路,所述H桥高端采用PNP达林顿晶体管,低端采用N沟道MOS管。
       7.根据权利要求6所述的电磁流量计抗强干扰的实现方法,其特征在于:将变压器中的信号电源与励磁电源分隔以减小励磁电源对信号电源的影响。
        8.根据权利要求7所述的电磁流量计抗强干扰的实现方法,其特征在于:采用单片机进行数字滤波处理。
 
电磁流量计抗强干扰的实现方法
技术领域
        [0001]本发明涉及电学领域,尤其涉及一种电磁流量计抗强干扰的实现方法。
背景技术
        [0002]目前,电磁流量计作为流量仪表领域内应用最多的流量仪表,已经应用到众多产业领域中,尤其是上水/下水、冶金/矿山、造纸/纸浆和制药等产业。但这些产业目前处于以下情况:中国水资源分布不匀,人们担心也许会影响可持续发展,因此投资于上水/下水处理许多项目,投入资金预计有220亿美元;在矿业方面试图发展成全球市场的一方实力:作为植树造林和造纸间构筑成一个完整产业链的国家计划,将增加速生林500万公顷,在造林区域附近建筑大规模现代化造纸厂;中国已有6700家以上制药企业,也是世界急速成长的非处方销售(OTC)药品市场的重要部分,与其衔接的上游医用化学药品产业合在一起成为医药生产大国。
        [0003]但是,在这些发展潜力巨大的行业当中,国产电磁流量计的市场分额较少,其产品主要采用进口品牌。如造纸行业需要高浓度纸浆的测量的电磁流量计,国内产品的浆液适应性较弱,进口品牌中日本横河电机采用双频励磁技术的电磁流量计较好的解决了这一问题,在中国造纸行业中市场份额在40%左右;再如医药、化工行业中,国内产品尚未解决电磁流量计高精度、高可靠性等问题,市场主要被日本横河、德国科隆、ABB,E+H等国外品牌所占据。
 
发明内容
            [0004]有鉴于此,本发明提供一种电磁流量计抗强干扰的实现方法,以解决国内电磁流
量计在造纸、化工、矿山等应用场所中前期工段对粗浆料的不能稳定、准确测量的问题。
            [0005]本发明提供的电磁流量计抗强干扰的实现方法,一种电磁流量计抗强干扰的实现
方法,所述电磁流量计至少包括:电源、外部存储器和传感器,
            [0006]所述电源为两个,通过切换电源使励磁电路的信号达到稳定状态,
            [0007〕所述外部数据存储器采用铁电存储器,
            [0008〕通过数字滤波处理,对传感器信号进行分析和处理以抑制干扰信号,并提高励磁频率以提高信噪比。
            [0009〕进一步,使用线性稳压器作为恒流源并在电源上增加过压、欠压保护电路以减小转换器在通电和断电时电源对转换器的冲击。
            [0010〕进一步,所述的滤波处理包括:梳状带通滤波处理和灰度滤波处理。
            [0011]进一步,采用多层PCB板结构,增加各个功能模块之间的间距以提高各功能模块之间的抗干扰能力。
            [0012]进一步,利用励磁线圈驱动电路提高励磁频率。
            [0013]进一步,所述励磁线圈驱动电路包括:H桥及其开关驱动电路,所述H桥高端采用PNP达林顿晶体管,低端采用N沟道MOS管。
            [0014]进一步,将变压器中的信号电源与励磁电源分隔以减小励磁电源对信号电源的影口向。
            [0015〕进一步,采用单片机进行数字滤波处理。
            [0016]本发明的有益效果:本发明使电磁流量计提高了运行效率,引入了梳状带通滤波技术和灰度滤波技术,对信号进行后期滤波处理,进一步降低电源噪声对信号电路部分的干扰强度,提高了原始信号的信噪比,最终还原出稳定的真实信号,采用高频励磁和双频励磁技术,达到降低浆液干扰信号的目的;提高采样频率,增强信号的分辨能力,还保证了高频励磁的零点稳定性。
 
附图说明
            [0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
            [0018]图1是本发明的励磁控制系统示意图。
电磁流量计励磁控制系统示意图
            [0019]图2是本发明的梳状带通滤波器幅频响应曲线示意图。具体实施方式
            [0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:图1是本发明的励磁控制系统示意图,图2是本发明的梳状带通滤波器幅频响应曲线示意图。
梳状带通滤波器幅频响应曲线示意图
            [0021]所述电磁流量计至少包括:电源、外部存储器和传感器,
            [0022]所述电源为两个,通过切换电源是励磁电路的信号达到稳定状态,
            [0023〕所述外部数据存储器采用铁电存储器,
            [0024]通过数字滤波处理,对传感器信号进行分析和处理以抑制干扰信号,并提高励磁频率以提高信噪比。
            [0025]如图1,2所示,本实施例中包括硬件优化、信号处理优化和算法优化;
            [0026]所述硬件优化包括:
            [0027]   a l.通过对励磁电路部分高低电源的切换,使信号快速达到稳定状态;
            [0028]   a2.将外部数据存储器替换为铁电存储器,以简化电路板;
            [0029]   a3.在电源上增加了过压、欠压保护电路,以减小转换器在通电和断电时电源对转换器的冲击;
            [0030]   a4.采用多层PCB板结构,增加各个功能模块之间的间距,提高了各功能模块之间的抗干扰能力;
            [00311   a5.选用线性稳压器构建恒流源,以实现电流的快速跟踪控制。
            [0032〕所述信号处理优化包括:
            [0033]   b 1.采用数字滤波技术,对传感器信号进行分析和处理,以抑制干扰信号,
            [0034]   b2.提高励磁频率,以提高信噪比,
            [0035]   b3.将变压器中的信号电源与励磁电源分隔,以减小励磁电源对信号电源的影响。
            [0036〕所述算法优化包括:
            [0037]   c1.使用单片机对步骤bl中进行数字滤波处理,以提高电磁流量计的抗干扰力。
            [0038]在本实施例中,步骤b2中所述励磁频在25Hz一400Hz之间,步骤b2中采用高频励
磁和双频励磁技术提高励磁频率,所述高频励磁和双频励磁技术利用励磁线圈驱动电路,保证高频励磁的零点稳定性。
            [0039〕在本实施例中,所述励磁线圈驱动电路包括:H桥及其开关驱动电路,所述H桥高端采用PNP达林顿晶体管,低端采用N沟道MOS管,以保证单双频励磁时续流回路具有高阻抗,进而保证零点稳定性。
            [0040〕在本实施例中,在电源上增加了过压、欠压保护功能,减小了转换器在通电和断电时电源对转换器的冲击,从而提高了转换器的可靠性。
            [0041]在本实施例中,PCB布板上,采用四层板结构,提高了系统地之间的完整性,增加了各个功能模块之间的间距,提高了各功能模块之间的抗干扰能力。针对励磁采集电路散热量大的问题,将之前的1欧姆采样电阻提升到10欧姆采样电阻。从而简化了励磁电流采集电路,减小了功率管上分摊的功耗,起到降低转换器散热量的更能,提高了转换器的可靠性。
            [0042〕在本实施例中,选用动态特性较好的线性稳压器构建恒流源来实现电流的快速跟踪控制,
            [0043〕在本实施例中,由于其变换稳压原理导致其动态特性较差,从而往往致使其电压控制输出滞后,进一步导致电流输出超调振荡,响应速度较慢的特性。并且综合考虑电路参数、电流响应速度及线性稳压器的耗散容限来选取合适的供电电压和线性稳压器。
            [0044]在本实施例中,高性能电磁流量计通过运算方式的大幅度调整,使得数据处理效率提高了2到3倍,为了提高各功能模块的处理效率,在各模块的处理方法上均作了规模较大的调整;运算周期为0.4s;信号处理部分消耗0. 12s,其它功能消耗0.04s,余下0.24s可用来完成后期滤波设计。在本实施例中,取消了原有外部数据存储器EEPROM,改为铁电存储器,使得电路板设计简化,降低成本。
            [0045]在本实施例中,励磁频率为25Hz,采样频率为4800Hz,采集励磁信号末端1/4半周期信号即24点信号进行处理,因为励磁部分需要提供高压,但考虑到主板的可靠性和线圈电感的大小,通过实验分析,折中选择最高4ms的高压激励时长,这样可以保证DN400口径以下的传感器信号能够提供1/4半周期的稳态。转换器完成功能有RS232通讯,LCD显示,参数修改,数据存储,信号处理部分。其励磁频率在25Hz一400Hz之间。由于浆液干扰强度与励磁频率呈反比,因此高频励磁会显著减小浆液干扰信号强度提高信噪比,并且由于是4800Hz高速信号采集,提高了流速输出速率,有利于对流体变化的快速响应能力,结合先进的数字信号处理技术对采集的信号进行滤波处理,达到稳定输出的目的,滤波器幅频响应曲线如图2所示。
            [0046]最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。